近年來，隨著計算機和網絡通訊為(wei) 代表的信息技術的飛速發展和廣泛應用，製造業(ye) 無論是觀念，還是技術都發生了很大的變化。傳(chuan) 統的以相對固定的機器和生產(chan) 場所為(wei) 中心，由上至下進行管理控製的大批量製造生產(chan) 模式正逐步向以人為(wei) 中心，基於(yu) 技術的先進製造生產(chan) 模式轉變。全球製造的思想就是利用異地的資源(設備、知識、人力)來製造市場所需產(chan) 品，從(cong) 而加工單元的遠程監控技術就成為(wei) 它的重要組成部分。要實現加工單元的遠程監控，首要解決(jue) 的問題是數控機床的網絡通訊和控製技術問題。

本項目就是解決(jue) 傳(chuan) 統經濟型的數控機床的網絡通訊和控製技術問題，通過網絡來實現NC程序的中央服務器集中管理及網絡通訊。從(cong) 而適應現代先進製造技術的發展。

1、需求分析

1.1 傳(chuan) 統經濟型數控機床存在的問題

傳(chuan) 統經濟型的數控加工設備按數控係統分類主要有：FANUC係統(其中包括3T、7M、HC-6、6MB等)、AB公司係統、國產(chan) 3B線切割係統等：按數控程序輸入/輸出通訊接口類型分有三類：一類為(wei) 僅(jin) 有RS232/RS422串行口，二類為(wei) 僅(jin) 有紙帶閱讀機8/5單位並行口，三類同時包括前兩(liang) 類接口。這三類機床同時還存在同樣的問題就是：內(nei) 存容量較小，不適應複雜、大型麵、高精度、長程序零件的加工：它們(men) 的對外接口能力差，沒有DNC功能，不能實現在線加工以及網絡控製等問題。

1.2 希望的解決(jue) 方案

本著滿足最基本的應用需求、且留有一定的可擴充性及性能提高的潛力的前提，來改善數控加工技術應用環境。就此提出了以下解決(jue) 方案：機床通訊接口的硬件改造，針對各類機床設計相應的通訊接口板卡：通訊控製軟件的開發，以實現各機床的單機通訊功能：開發其它輔助功能(如：數控程序中加工信息的提取、數控程序圖形模擬、長程序的在線加工等)，彌補和增強原數控係統功能：網絡體(ti) 係的選擇與(yu) 通訊協議的定義(yi) 及網絡係統控製軟件的開發，實現數控程序的中央服務器集中管理和網絡通訊。

2、係統結構

2.1 網絡係統構成及功能

整個(ge) 網絡係統是由中央服務器、網絡接口、雙向數據轉換器、現場服務器、1分N口並行數據收發器、數據接收器以及經濟型數控機床等組成。網絡係統的係統構成示意圖見圖1。係統工作方式為(wei) 客戶/服務器方式。



圖1

中央服務器是整個(ge) 網絡的中樞部分，它主要完成的是對各級服務器的整體(ti) 控製。它采用後台中斷工作模式，不需要人的幹預，而且其前台還可以進行其他工作。

現場服務器是客戶端，既擔任起數控服務器的功能，又具有強大的網絡通訊功能，它接受中央服務器下達的各項任務：從(cong) 網絡上獲取由中央服務器傳(chuan) 來的數控加工程序的數據信息，並把這些數據信息傳(chuan) 送到NC文件庫：將已加工過的數控程序反饋到中央服務器。能從(cong) 係統的NC文件庫中提取相應的數控代碼，並從(cong) 中提取有關(guan) 的加工零件數據和信息，對其進行處理，實現NC程序的圖形模擬等工作。另外，對需用長程序的零件加工，現場服務器還完成長程序的在線加工任務。

現場服務器可同時服務於(yu) 多台數控設備，根據需要在車間一定的空間範圍內(nei) (比如：一個(ge) 小的工作間，一個(ge) 小的局部區域)設置網絡節點，放置一台PC機作為(wei) 現場服務器，一台服務器根據實際需要靠選用1分N口並行數據收發器來服務於(yu) 多台數控設備。

2.2 係統網絡體(ti) 係結構及通信協議的選擇

係統中的各種信息都是通過網絡來傳(chuan) 輸的。在計算機網絡發展上，影響較大的網絡體(ti) 係主要有：OSI七層參考模型和TCP/IP體(ti) 係結構模型。OSI參考模型是ISO7498國際標準。TCP/IP體(ti) 係結構是當前流行的Internet網絡所使用的體(ti) 係結構，盡管它不是國際標準，但在計算機網絡體(ti) 係結構中卻占有非常重要的地位。這是因為(wei) 雖然OSI的體(ti) 係結構從(cong) 理論上講比較完整，其各層協議也考慮得很周全，但事實上，完全符合OSI各層協議的商用產(chan) 品卻極少進入市場，遠遠不能滿足各種用戶的需求。然而使用TCP/IP協議的產(chan) 品卻大量湧入市場，幾乎所有的工作站都配有TCP/IP協議，並已成為(wei) 計算機網絡事實上的標準，通稱“工業(ye) 標準”。為(wei) 此，我們(men) 在數控機床的網絡通訊係統中，采用的是TCP/IP的網絡體(ti) 係結構，該體(ti) 係把計算機網絡分為(wei) 四層，即應用層、傳(chuan) 輸層、網絡層和網絡接口層。

TCP/IP體(ti) 係結構為(wei) 傳(chuan) 輸層製定了兩(liang) 種協議即：傳(chuan) 輸控製協議(TCP)和用戶數據包協議(UDP)，UDP為(wei) 用戶提供進程無連接的數據報協議，數據包以獨立包的形式傳(chuan) 送，服務不提供無錯保證，數據可能丟(diu) 失、重複或失序：數據包的長度也受一次處理最大長度的限製(默認值為(wei) 8192字節，最大值為(wei) 32768字節)，不進行包的拆分和重組操作：而TCP協議是一個(ge) 可靠的全雙工的字節流的麵向連接的協議，TCP和UDP相比傳(chuan) 輸可靠、數據無差錯、無重複，可按發送順序接收，數據為(wei) 字節流，其長度不受限製，為(wei) 用戶提供虛電路服務，並為(wei) 數據的可靠傳(chuan) 輸提供檢驗。根據數控加工的特點，盡管數據包在傳(chuan) 輸量小於(yu) 2048個(ge) 字節時UDP可靠性更好，但數據包服務是單包、無序傳(chuan) 送，而係統的網絡通信顯然不能保證所有傳(chuan) 輸的信息都小於(yu) 2048個(ge) 字節，因此，隻能選用TCP作為(wei) 係統的傳(chuan) 輸層協議。

應用層的通訊協議的選擇既要考慮到數控加工的特點又要具備實時性、可靠性以及數據傳(chuan) 輸量大等特點。本係統另行開發了基於(yu) TCP/IP協議族的相應協議，製定了應用進程之間傳(chuan) 輸的信息的特殊含義(yi) 。

2.3 通訊協議的實現

係統協議，就是保證客戶端和服務器端的應用線程之間能相互準確、及時、有序地傳(chuan) 送信息，並能彼此毫無差錯地對信息進行語法分析和解釋。

對於(yu) 網絡控製係統，其傳(chuan) 輸信息有自己獨特的含義(yi) 。在客戶端和中央服務器間傳(chuan) 遞的信息，主要有客戶端的請求信息、數據信息和中央服務器端的狀態信息。

客戶端的控製信息又分為(wei) 兩(liang) 種：網絡控製信息和加工控製信息：服務器端的狀態信息也分為(wei) 兩(liang) 種：連接狀態信息和客戶端的狀態信息。

在係統的協議中，這些信息都規定了相應的格式規範，客戶端的網絡控製信息主要用於(yu) 與(yu) 服務器連接的建立、維持和釋放。加工控製信息由控製命令字、控製參數組成。網絡通訊協議格式為(wei) ：“cmd，1byte命令代碼，1byte命令長度，命令參數，4字節的校驗碼(XC)”。‘cmd’為(wei) 命令引導碼，用以標識命令的開始：‘命令長度’隻包括命令參數及校驗碼的長度。若無命令參數，則為(wei) 4，校驗碼將無意義(yi) 也不被檢驗，但還是必須發送。

傳(chuan) 輸的數據包的末尾4字節為(wei) 校驗碼。前3字節為(wei) 該包的所有字節的和，第4字節為(wei) 所有字節的異或值。若發送過程中有數據發生錯誤，則第4字節的校驗碼一定不正確。因此，靠監測第4字節校驗碼來保證通訊數據的可靠性。